数控机床龙门坐标同步研究

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一、 前言
# n: P, T% R; \  i* C$ N1 a: C由于机床本身结构的需要，保证机床的整体刚性以及长导轨的稳定性，因此对于同一个坐标采用同步电机驱动，是当今机床厂普遍采用的方法。有助于提高伺服系统的刚性，克服单丝杠引起的位置偏差，避免弹性变形，确保机床的高精度。
二、功能简介
9 \& d8 o2 B) S6 W同步轴功能一般用在2个或多个机械连接的机床坐标，该坐标没有机械偏移；在编程的基础上，定义一个同步的坐标。
) Q( Q4 f, L- ?7 @, s4 [0 s同步移动时，系统检测位置的当前值，是否在系统设定的误差范围之内。当同步附属轴偏离主动轴位置范围之外的话，系统会停止所有的坐标移动，有效防止由于不同步对机床机械部分进行的损坏。
$ O" m4 |; W, J0 f- I+ d1 z同步轴功能的目的是为了严格检测坐标在导轨上的移动精度。
' {& W. Q& b( \$ m  ~5 x三、 应用
+ f; ?! V3 M, m, J2 G5 R$ j同步轴功能用于大型龙门铣床的龙门同步功能，每一边都由自己本身的位置测量循环系统。由于机械硬件连接需要，两个驱动必须绝对同步，已保证机械应力变形。一个同步组由一个主导轴和最多2个从动轴组成。
2 g5 `( ^, v; Z( _四、硬件组织和同步定义
: }# Z4 T) z2 y$ K& \2 j大型数控龙门铣床是由多个坐标单元组成（见下图）。每个坐标驱动都是单独的驱动系统，有自己的测量循环，组成一个完整的坐标系统。当机械坐标移动时，如图两组坐标X和X1，Z和Z1必须保证完全同步，否则会对机械部件造成损害。

4．1关键词含义：
①同步轴组
同步轴组由至少一对坐标组成，包含一个主动轴和一个从动轴，这些轴都为机械连接。移动时必须同时由NC控制移动。所不同的是两个坐标位置检测系统都是单独的。
②主动轴
% g) s- d+ A4 |主动轴是NC控制的普通的机械坐标，可对其进行零件编程的直线或旋转轴。轴名是由同步组进行定义的。
% h; _5 {. ]/ Y4 Q; j③从动轴
从东轴也是由NC进行控制，但它总是随着主动轴的移动进行移动。轴名也是由同步组进行定义的。
4 w1 {, Z7 @) s- \# [4．2坐标定义
) Z7 s# ^+ T9 y* S3 y8 p坐标定义是由机床数据GANTRY_AXIS_TYPE来定义的:定义坐标是否属于同步组内，以及是主动轴还是从动轴。每组同步轴组都是由一个主动轴，和最多2个从动轴组成。
4．3同步轴组的条件
$ R% B. @' L* t$ L4 W同步轴组不能包含主轴
4 e( p7 T2 S5 k$ m) N9 F/ C从动轴不能是定位轴
: \9 S4 I* k( o" _& ~从动轴不能是另外一个同步轴组的轴名
! n( y  D: w5 l+ }: p5 |  o同步轴组的坐标，每个坐标诸如匹配速度，加速度和动态响应时间等必须一致
* D5 p( j- c2 l# J- v& x, x$ N4．3同步组实际坐标值误差监控
) @  X( z5 z1 C9 d同步轴警示限制
主动轴与从动轴超出警示范围，NC系统输出报警信息：超出极限范围。同时PLC输出信号，使机床停止自动运行。
同步轴行程限制
0 c' V+ ^& j& j9 S同步轴组超出行程范围。
% }8 |8 }  O7 K, b4 N8 w五、同步轴的参考点和同步设定
8 \0 f8 R$ K2 s( D+ _/ T* ~. m5．1主动轴的参考点设置方法
/ `8 `- g! U& D9 s! M坐标的参考点设定由PLC的DB块进行，要根据坐标驱动类型，进行PLC的指定回参考点编程。启动该功能。启动方法为将PLC“Activate referencing” = 1 和“Active machine function REF” = 1） “Traversing key +/–” （DB31, ... ; DBX4.7/4.6）设置为1。
5．2从动轴的参考点设置方法
+ |) c. }$ ^0 `& g当主动轴回参考点完成后，从动轴将自动回参考点。从动轴的参考点是由主动轴决定的。不能单独进行从动轴的回参考电动作。
5．3回参考点后同步轴组将根据NC编程要求自动运行。
六、与同步相关的机床资料
& \  i+ ~$ O& F& y1 Q6 W6 [& n6．1
MD NO. 37100 GANTRY_AXIS_TYPE
1 n' n1 I3 {1 I0 U* ]该机床数据是用来定义2组同步基本特性：该坐标是否属于同步组内坐标，是哪一个坐标（主动轴或从动轴）。具体位设置如下图：

4 c/ V7 B- H4 w对于840D系统，可以配置最多3个同步组。一个同步组必须要由一个主动轴和最少一个从动轴组成。同组的轴不能再重复使用，如果定义错误，控制系统将输出“INCORRECT GANTRY MACHINE DATA”信息，提示机床同步组配置错误。
- v2 h6 w' t2 E该配置举例如下：
: F# k8 _; d9 E8 s4 `0        没有同步轴
! G/ g/ R& U" J$ ?1        同步轴组1中的主动轴
1 [- D! q2 x, A% p- R2 `' w11        同步轴组1中的从动轴
/ J) n+ J: g) R) ?* z2         同步轴组2中的主动轴
12        同步轴组2中的从动轴
3         同步轴组3中的主动轴
13        同步轴组3中的从动轴
1 `% w* @0 k' z: v/ i6．2
4 S+ l3 r1 C% y; vMD NO. 37110 GANTRY_POS_TOL_WARNING和37120 GANTRY_POS_TOL_ERROR
6 R2 [9 A# M" |* q这两个数据是为机床同步服务，保证机床坐标的正常同步精度，以完成机床的同步运动，并相关的输出信息以提示是否超出机床同步的范围。
定义这些数据后，机床同步就可以试运行。
! @0 o* E2 V& E- [& ?- e, H7 ]七、同步轴信号描述
7．1NC控制坐标轴的信号描述
% }! o" P5 B) O8 z4 [1．开始同步组信号DB 31, ... DBX29.4 ; Start gantry synchronization
5 D; W, i; u2 ]& o使机床同步开始运行，并保证同步误差在允许范围之内，否则此信号置0。
: a  J$ _7 |! E! f! O/ l0 D; H% w2．开始自动同步组信号DB 31, ... DBX29.5 ; Start automatic synchronization
  \2 q6 u* @* V4 p开始自动运行同步组，与上个信号同类。
7．2来自坐标轴的信号描述
1．同步移动误差极限DB 31, ... DBX101.2 ; Gantry trip limit exceeded
" m4 j: z  o, Q9 e& k, e系统发出的是否同步信号。由PLC接受并处理。
2．同步警示极限DB 31, ... DBX101.3; Gantry warning limit exceeded
同上。
3．同步轴同步开始DB 31, ... DBX101.4; Gantry synchronization ready to start
4．同步轴组正在同步DB 31, ... DBX101.5; Gantry grouping is synchronized
1 [! a) W3 J! [5 _具体坐标同步信号如下表：
DB号
位
内容
7 T2 a& o- c2 ~' y; `7 s( ?. U通用信号
11－14
. ?4 w. ^. B0 M# n  X- a: ~5.2
启动机床REF功能
1 r$ `9 T* K7 g4 |信道信号
# {# D: Y& W  B2 w/ j; k21－28
33.0
参考点启动
坐标信号
$ s; z3 }$ W  g6 K8 e# O& S31, ... ;
3 R. t8 U3 [# j- [60.4，60.5
7 [- M: j1 M, d3 x; M, V同步参考点
& V, a( }$ O* K31, ... ;
  A& D4 U7 {, r" h2 s: _29.4
开始同步信号
31, ... ;
29.5
1 E) {+ p: @1 W1 y6 Q  r7 Y: G没有自动同步
' O" J( e  [# P7 a3 o) e+ y  L  `31, ... ;
101.2
7 `, [1 H7 [* ?- X( r" c* w同步行程极限
* _# a3 U0 ?5 t8 r- k31, ... ;
101.3
同步警示极限
7 r/ W1 C0 v1 u' }2 m- h' b/ l31, ... ;
& A: y7 P4 B4 C6 E9 ^$ F101.4
同步准备好
" q, x5 s+ [, K/ Y8 {8 O31, ... ;
$ u4 w- r1 e9 E! m  d. p! B101.5
同步组已同步
31, ... ;
101.6
同步组轴准备好
9 d5 ^2 @* |( |9 m6 F% p5 {1 E- {八、建立一个同步轴组
$ ?% i; Q2 }0 d& F8 D9 ~1 R1 U  K群组定义：坐标1＝主动轴      采用增量测量回馈循环
坐标3＝从动轴      采用增量测量回馈循环
  ^& V! |& u' \8 q第一步：修改以下机床数据

2 C' \6 X; W; i& _# v: R7 p( h* _第二步：设置NCK PLC接口信号
! g' |/ y) @* K, k! e" K: WPLC程序的设置：
axis1 设置：
DB31, ... ; DBX 29.4 = 0
" L7 v% f) }) TDB31, ... ; DBX 29.5 = 1
. D7 C: o2 Q3 F  j6 U, g9 gAxis3置：
0 Q1 S/ a: f5 P1 qDB31, ... ; DBX 29.4 = 0
机床准备好信号设置：
DB31, ... ; DBB101
) _, f6 ]5 B% h; A; E% }第三步：设定MD 37110: GANTRY_POS_TOL_WARNING和
37120: GANTRY_POS_TOL_ERROR 为坐标的最大值
' w; Q# l% h1 @' Q" W参考点设置MD 37130: GANTRY_POS_TOL_REF
此坐标数据的大小及关联如下：
第四步：设置完成，调整机床参数匹配。
2 T6 n; \# @- O( E2 o/ Y9 P九、结束语
机床坐标同步是实际应用中实用的基础技术，要根据所采用的机床刚性和结构，采用不同的配置，才能达到所要达到的机床精度要求。
文章关键词： 数控机床